编译与调试

What · 是什么

编译与调试是竞赛选手的日常基本功。C++侧核心是g++编译选项：-O2/-O3优化、-g调试信息、-Wall/-Wextra警告、-DDEBUG宏控制、-lm链接math库；调试工具为gdb(断点/单步/观察变量)与Sanitizer(-fsanitize=address/undefined检测越界与未定义行为)。Python侧用pdb、print到stderr、setrecursionlimit、sys.stdin缓冲优化等。竞赛场景的核心纪律：本地用-g -fsanitize编译调试、提交用-O2（或-O3）并开启ONLINE_JUDGE宏，把调试代码用#ifdef/环境变量隔离，保证提交代码不含调试输出。编译原理层面还需理解优化(常量折叠、内联、循环展开、死代码消除)如何影响性能与调试可读性。

Why · 为什么

How · 实现

伪代码

# 本地调试编译(启用Sanitizer与调试信息)
g++ -std=c++17 -g -Wall -Wextra -fsanitize=address,undefined -DDEBUG a.cpp -o a_dbg
./a_dbg < test.in

# 提交编译(最高优化, 关闭调试)
g++ -std=c++17 -O2 -DONLINE_JUDGE a.cpp -o a

# gdb 会话
gdb ./a_dbg
  break main
  run < test.in
  next / step / finish
  print arr / watch i / backtrace

# Python 调试
debug输出到stderr: print(..., file=sys.stderr)
python3 -m pdb script.py

Python 实现

"""编译与调试：完整工作流模板(带自测).
覆盖: 编译选项生成、C+++Sanitizer检查、Python性能调试、gdb命令参考.
"""
import subprocess
import sys
import os
import tempfile

# ---------- 1. g++ 编译命令模板 ----------
COMPILE_DEBUG = (
    "g++ -std=c++17 -g -Wall -Wextra "
    "-fsanitize=address,undefined -DDEBUG a.cpp -o a_dbg"
)
COMPILE_SUBMIT = "g++ -std=c++17 -O2 -DONLINE_JUDGE a.cpp -o a"
COMPILE_PROFILE = "g++ -std=c++17 -O2 -Wall a.cpp -o a"


def make_debug_build(src, exe="a_dbg"):
    """编译并返回(返回码, stderr)."""
    cmd = (
        "g++ -std=c++17 -g -Wall -Wextra "
        f"-fsanitize=address,undefined {src} -o {exe}"
    )
    r = subprocess.run(cmd, shell=True, capture_output=True, text=True)
    return r.returncode, r.stderr


# ---------- 2. Python 侧调试/性能工具 ----------

def timeit(f, *args, label="", repeat=3):
    """简单计时器, 用于定位性能瓶颈."""
    import time
    best = None
    for _ in range(repeat):
        t0 = time.perf_counter()
        f(*args)
        dt = time.perf_counter() - t0
        best = dt if best is None else min(best, dt)
    print(f"{label}: {best*1000:.2f} ms")
    return best


def fast_io():
    """Python竞赛输入加速: 一次性读入全部并缓存."""
    import sys
    data = sys.stdin.buffer.read().split()
    it = iter(data)
    return it


if __name__ == "__main__":
    # 测试时间工具
    def dummy(n):
        s = 0
        for i in range(n):
            s += i
        return s

    t = timeit(dummy, 1000000, label="sum 1e6")
    assert t is not None

    # 测试fast_io接口
    it = fast_io()
    assert it is not None

    # 演示gdb命令(不实际执行, 仅验证模板存在)
    assert "break main" in """
break main
run < test.in
next
step
finish
print arr
watch i
backtrace
"""

    print("compile-debug: ALL TESTS PASSED")

易错点

• Debug时不要开-O2/-O3: 优化打乱变量映射, gdb无法可靠查看
• Sanitizer与-O2/Ofast不兼容, 调试用-fsanitize提交用-O2
• 调试输出必须到stderr, 否则污染stdout被判WA
• -lm仅Unix下math库需要; Windows/Linux g++一般自动链接
• Python的os.environ在import时读取, 运行中改环境变量不生效

例题

信源

• OI Wiki✓ https://oi-wiki.org/tools/compile-debug/
• OI Wiki✓ https://oi-wiki.org/tools/compiler/
• OI Wiki✓ https://oi-wiki.org/lang/optimizations/